利用DCS系統(tǒng)對(duì)流量計(jì)進(jìn)行氣流量控制的邏輯改造

上海自動(dòng)化儀表有限公司主要闡述了由于設(shè)備節(jié)能技改，實(shí)現(xiàn)ＡＰＣ先進(jìn)控制系統(tǒng)順利實(shí)施，為節(jié)省購買流量積算儀費(fèi)用，利用現(xiàn)有ＤＣＳ系統(tǒng)將流量積算儀的功能用ＤＣＳ系統(tǒng)控制邏輯組態(tài)來實(shí)現(xiàn)，達(dá)到工藝操作要求。

碳化三段氣流量前期選用的孔板流量計(jì)，數(shù)量５４套；經(jīng)運(yùn)行１０多年，設(shè)備腐蝕、磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致計(jì)量偏差較大（＞１０％），制約公司先進(jìn)技術(shù)的改造運(yùn)用（碳化ＡＰＣ先進(jìn)控制系統(tǒng)實(shí)施），同時(shí)因壓力損失大（４～１０ｋＰａ），導(dǎo)致能源消耗高、浪費(fèi)嚴(yán)重。而畢托巴流量計(jì)由于一次測量元件智能探針式φ２０不銹鋼制成，其截面積很小在介質(zhì)管道中幾乎無壓力損失，使運(yùn)行成本大大減小，與孔板等節(jié)流裝置相比較具有明顯的節(jié)能效果。為配合設(shè)備改造及ＡＰＣ先進(jìn)控制系統(tǒng)順利實(shí)施，對(duì)５４臺(tái)三段氣流量計(jì)進(jìn)行改造（選用畢托巴流量計(jì)），在儀表選型改造時(shí)為節(jié)約費(fèi)用，只選用了畢托巴流量計(jì)巴體及差壓變送器，而未采購流量積算儀，將流量積算儀的功能利用ＤＣＳ系統(tǒng)控制邏輯算法來實(shí)現(xiàn)。

1、孔板壓力損失估算

現(xiàn)階段碳化三段氣流量測量均使用孔板計(jì)量，平均體積流量約１２０００ｍ３／ｈ，電動(dòng)機(jī)效率大約＝０．８，平均差壓值為１０ｋＰａ，孔板孔徑比約為０．５，三段氣絕對(duì)壓力平均值在０．３ＭＰａ（３００ｋＰａ），三段氣氣體（主要成分ＣＯ２）壓縮因子約為０．７，三段氣平均溫度約３５℃（換算為國際溫標(biāo)為３０８．１５Ｋ）。根據(jù)孔板的壓力損失估算公式：

將孔板計(jì)量改為畢托巴流量計(jì)，由于避免壓損而節(jié)約的能源為：按一年連續(xù)運(yùn)行３００天計(jì)算，那么一臺(tái)孔板每年消耗損失的能源為：７８４４Ｗ×２４ｈ×３６０＝６７７７２．２ｋＷ·ｈ折算成電能計(jì)算，１ｋＷ·ｈ按照大約０．３５元計(jì)算，那共計(jì)５４臺(tái)流量計(jì)每年消耗的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為：６７７７２．２ｋＷ·ｈ×０．３５元／ｋＷ·ｈ×５４＝１２８０８９４．６元／年經(jīng)估算，選用非常新節(jié)能型５４臺(tái)畢托巴流量計(jì)因?yàn)闇p小氣體的壓力損失折合為電能，每年大約節(jié)省電費(fèi)１２８萬余元。

２改造必要性

經(jīng)過長達(dá)十余年的聯(lián)系運(yùn)行，管道內(nèi)高壓、高速流動(dòng)介質(zhì)的長期沖刷、腐蝕、氣蝕以及結(jié)垢掛疤，導(dǎo)致孔板內(nèi)緣磨損、變形，使其測量精度大幅下降，存在著諸多缺陷。

１）孔板測量精度降低，計(jì)量偏差大，難以滿足生產(chǎn)計(jì)量要求。

２）孔板連續(xù)運(yùn)行十余年，設(shè)備老化，已達(dá)使用壽命。

３）原始設(shè)計(jì)，孔板安裝于五樓地面高５ｍ余處，與工藝管道為法蘭連接，密封面易泄漏，管道振動(dòng)導(dǎo)致引壓裝置疲勞易斷裂，造成設(shè)備故障。其檢修維護(hù)困難、工作量大且效果不理想。

４）儀表裝置整體性能降低，運(yùn)行穩(wěn)定性差，導(dǎo)致自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)難以投用，操作困難。

５）對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)施優(yōu)化控制系統(tǒng)形成制約，難以滿足優(yōu)化控制系統(tǒng)高精度、高標(biāo)準(zhǔn)、精細(xì)操作的要求。

綜上所述，為了系統(tǒng)裝置運(yùn)行穩(wěn)定性、提高生產(chǎn)效率，順利實(shí)施優(yōu)化控制系統(tǒng)，保障生產(chǎn)達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)，改造是必要的可行的。

３．１ＤＣＳ系統(tǒng)流量計(jì)算公式控制邏輯

標(biāo)況流量計(jì)算公式：

其中：Ｑ———瞬時(shí)流量；ΔＰ———輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的差壓值，ｋＰａ；

Ａｉ———分段修正系數(shù)；Ｔ———工作溫度，℃；Ｐ———工用壓力，ｋＰａ。

３．２流量系數(shù)取值控制邏輯

３．３流量顯示控制邏輯

小于等于比較時(shí)，當(dāng)現(xiàn)場輸入流量差壓值小于等于輸入０．００５時(shí)輸出為ＴＲＵＥ；當(dāng)輸入流量差壓值大于輸入０．００５時(shí)輸出為ＦＡＬＳＥ；當(dāng)二選一選擇時(shí)，輸入１為ＦＡＬＳＥ時(shí)將輸入清洗氣流量作為輸出，輸入１為ＴＲＵＥ時(shí)將輸入給定值０作為輸出（比較和二選一控制主要是為了小信號(hào)切除）。

３．４流量調(diào)節(jié)控制邏輯

ＰＩＤ調(diào)節(jié)器根據(jù)閥門開度大小來控制清洗氣流量。工藝操作人員以工藝指標(biāo)來設(shè)定清洗氣流量設(shè)定值，ＰＩＤ調(diào)節(jié)器根據(jù)設(shè)定清洗氣流量設(shè)定值判斷閥門開度來調(diào)節(jié)清洗氣流量的大小。當(dāng)現(xiàn)場測量清洗氣流量高于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)??；當(dāng)現(xiàn)場測量清洗氣流量低于設(shè)定值時(shí)，閥門逐漸開大，使清洗氣流量控制在設(shè)定值范圍內(nèi)，對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

３．５流量累積控制邏輯

該功能塊可對(duì)工業(yè)現(xiàn)場各種流量進(jìn)行累積計(jì)算，可根據(jù)實(shí)際情況選擇累積方式。在正累積方式下，只對(duì)正的流量值進(jìn)行累積，全累積方式下，不論正負(fù)流量均進(jìn)行累積（因工藝需求，目前我廠均采用正累積方式進(jìn)行流量累積），累積值可隨時(shí)進(jìn)行復(fù)位清零，也可累積滿后進(jìn)行清零復(fù)位。

４系統(tǒng)調(diào)試及投用

４．１仿真調(diào)試

首先對(duì)組態(tài)的信息進(jìn)行檢查，看數(shù)據(jù)連接類型是否匹配，是否回路斷開等，檢查確定組態(tài)無誤后，利用虛擬信號(hào)發(fā)生器發(fā)射的信號(hào)，作為控制回路算法模擬仿真運(yùn)行的輸入信號(hào)，運(yùn)行控制算法，實(shí)時(shí)顯示仿真數(shù)據(jù)及仿真報(bào)警。在這個(gè)可調(diào)式的仿真過程中，觀察仿真結(jié)果來判斷對(duì)控制算法的組態(tài)是否滿足要求，若不滿足，則可“在線”調(diào)整算法功能塊的參數(shù)，甚至重新組態(tài)、仿真和調(diào)試，直到仿真結(jié)果滿足指定要求。

４．２聯(lián)動(dòng)調(diào)試

現(xiàn)場設(shè)備安裝及機(jī)柜內(nèi)接線工作完成后進(jìn)行聯(lián)調(diào)。主要對(duì)ＡＩ信號(hào)、ＡＯ信號(hào)、ＤＩ信號(hào)、ＤＯ信號(hào)、控制方案動(dòng)作、聯(lián)鎖輸出等能否滿足工藝開車需要。若不滿足，則根據(jù)工藝需求進(jìn)行調(diào)整，直至滿足工藝要求。

４．３系統(tǒng)投運(yùn)

系統(tǒng)聯(lián)調(diào)完成后，確認(rèn)工藝條件成熟時(shí)可進(jìn)行投運(yùn)。控制回路的投運(yùn)，應(yīng)遵循“先手動(dòng)，后自動(dòng)”的原則，在手動(dòng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定的前提下，進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行。如有串級(jí)調(diào)節(jié)的，串級(jí)回路“先投內(nèi)環(huán)，后投外環(huán)”的原則。

５改造后運(yùn)行效果

改善現(xiàn)階段三段氣流量測量偏差大，不穩(wěn)定的缺陷，提高流量測量準(zhǔn)確度，為生產(chǎn)操作提供準(zhǔn)確測量數(shù)據(jù)。保障生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行，對(duì)優(yōu)化控制系統(tǒng)改造升級(jí)夯實(shí)基礎(chǔ)，提供保障。上海自動(dòng)化儀表有限公司對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)提供保障，提高企業(yè)利潤率。節(jié)約儀表設(shè)備流量積算儀購買費(fèi)用共５４臺(tái)大約節(jié)約資金３０萬元。